保险阀导向杆断裂故障分析及结构改进

应用疲劳寿命理论计算、有限元静/动强度分析及故障件失效分析等方法,对保险阀导向杆断裂问题进行机理分析,结果表明：保险阀导向杆断裂故障为导向杆设计动强度不足,导致导向杆双向弯曲应力集中区疲劳断裂。依据分析结果对保险阀结构进行了改进,改进结构的分析及试验结果,验证了改进措施有效,同时也证明了分析方法的正确性和可靠性。分析方法对结构件动强度及疲劳寿命分析具有一定的参考价值。     

保险阀连通管疲劳断裂分析及结构改进

应用疲劳分析理论以及有限元失效分析方法,对保险阀疲劳断裂问题进行机理分析,结果表明振动环境下连通管受双向弯曲应力影响,连通管焊接根部存在明显的应力集中,容易发生疲劳破坏。依据分析结果对连通管采取了支架/卡箍固定并改善连通管走向的改进措施,对改进结构保险阀连通管进行微应变及振动疲劳寿命测试,试验结果表明改进结构改善了连通管应力分布,连通管疲劳寿命提高了3倍以上。试验结果也验证了分析方法的正确性和可靠性,本文分析及试验方法对结构件动强度及疲劳寿命的设计和验证具有一定的参考价值。     

疲劳S-N曲线预测的三维断裂力学方法

根据旋转弯典圆棒疲劳断口分析,给出了裂纹几何参量及应用强度因子随裂纹扩展的变化规律,采用考虑三维应力约束效应的断裂力学理论及常幅载荷下材料的疲劳裂纹扩展da/dN-ΔK曲线,得到了独立于试件几何形状和应力比的材料da/dN-ΔKeff基准数据,结合断口分析所得的应力强度因子以及材料da/dN-Δkeff数据,以三种旋转弯曲圆棒S－N（应力－疲劳寿命）曲线进行了预测,结果表明,本文预测的疲劳S－N曲线和试验的结果较为吻合,本文的S－N曲线断裂力学预测方法对确定结构全寿命具有实际指导意义,同时也揭示了发展疲劳断裂统一理论的可行性。     

无传载紧固孔的疲劳寿命估算

本文根据紧固件与紧固孔的间隙配合、平滑配合或干涉配合情况具有的不同接触应力和干涉应力、应变分析特点,研究了用Neuber方程分析孔边局部应力、应变等循环参数和用Manson-Coffio应变疲劳寿命方程估算无传载紧固孔的痨劳寿命方法。例举的紧固件与紧固孔不同配合试验件的疲劳寿命试验结果与本文利用应力严重系数法分别计算的结果对比表明,本文所述的无传载紧固孔疲劳寿命估算方法与试验结果是比较一致的。这一循环参数分析和疲劳寿命估算方法为典型机翼下壁板结构的疲劳寿命估算建立了基础。     

一种针对铆接结构进行疲劳寿命评估的新方法

提出了一种针对铆接结构进行疲劳寿命评估的新方法。首先,运用弹塑性理论模型求解出铆接造成的铆钉孔周边的残余应力。然后,通过三维弹塑性、接触非线性有限元分析(Finite element method,FEM),计算出载荷传递引起的铆钉孔周围的应力分布。将这两个应力场进行叠加,并将沿径向距离疲劳危险部位应力最大处特定距离的点的应力,对照相关材料的光滑试件S-N曲线进行插值,得到疲劳寿命的评估结果。新方法与应力严重系数法(Stress severity factor,SSF)法进行了对比,并通过试验验证了该方法的可行性和准确性。     

基于局部应力应变法估算高周疲劳寿命

以往用局部应力应变法计算结构高周疲劳寿命不好的主要原因是在损伤与寿命计算中没有考虑缺口应力梯度等的影响。文中利用疲劳缺口系数对应变－寿命曲线的弹性分量进行修正,从而可以较好地反映缺口根部应力梯度等对疲劳寿命的影响,使得局部应力应变法不仅可适用于低周疲劳寿命分析,也用可以用于高周疲劳寿命分析。文中给出的方法简单,精度了,便于工程应用。     

涡轮盘热力耦合及中心孔疲劳裂纹扩展研究

基于有限元软件ABAQUS/Franc3D,对某型航空发动机涡轮盘在热-机械载荷作用下的疲劳裂纹扩展规律进行研究。首先,进行涡轮盘网格无关性验证以保证计算精度;其次,针对涡轮盘进行导热分析以确定温度分布;再次开展了热-力载荷联合作用下的应力应变计算、静强度校核;最后,计算了中心孔处疲劳裂纹扩展参量以及疲劳裂纹扩展寿命。研究结果表明:该涡轮盘在最大转速状态下静强度满足要求,中心孔区域为应力集中危险点。裂纹尖端温度变化速率随着裂纹的深入而增加,导致了裂纹尖端应力场的扰动,裂纹由I型模式转为I/II混合模式。疲劳裂纹扩展寿命预测结果偏于危险,但可为涡轮盘损伤容限设计提供依据。     

基于连续损伤力学的铝合金冲击局部损伤及后继疲劳寿命

基于连续损伤力学理论,对2A12铝合金冲击局部损伤及后继疲劳寿命进行了研究。首先采用有限元方法模拟了冲击过程,获得冲击凹坑局部的残余应力场与塑性应变场;然后根据残余应力状态选取疲劳破坏的危险点,通过Lermaitre塑性损伤模型得到危险点的初始损伤;最后根据修正的Chaboche疲劳损伤模型估算疲劳寿命。通过与相关的试验结果进行对比验证,表明连续损伤力学结合有限元分析方法可有效评估金属结构冲击损伤及后继疲劳寿命。     

基于有限元分析的DFR法

以名义应力为参数量的细节疲劳额定值(Detail fatigue rating,DFR)法进行疲劳可靠性分析的关键之一在于获取钉孔附近真实的名义应力,解析法难以分析复杂结构和载荷下的应力分布,不便于工程应用。本文参考了连接件及周边平衡载荷系的等效方法,提出了用于DFR法分析的有限元法名义应力的求解。编制了基于有限元分析的DFR法分析软件FEM-DFR,对MSC.Nastran输入输出文件进行后处理,自动完成DFR法疲劳寿命的相关计算。算例结果表明本文提出的基于有限元分析的DFR法算法合理,编制的FEM-DFR软件通用、有效。     

发动机机匣低循环疲劳寿命的预测

本文介绍了一种基于局部应力应变法的发动机机匣低循环疲劳寿命预测方法。文中提出了确定机匣载荷谱的建议,论述了在多向应力状态下应如何确定等效应变,使在单向应力状态下确定的应变幅-疲劳寿命曲线可适用于多向应力状态。根据飞行的特点,提出了确定发动机机匣可靠性寿命的计算方法,最后通过实例,证明了所介绍的方法具有较好的精度。本方法比较简便,是一种很有前途的预测法。     

Oscillatory Failure Detection for Flight Control System Using Voting and Comparing Monitors

Oscillatory failure cases(OFC)detection in the fly-by-wire(FBW)flight control system for civil aircraft is addressed in this paper. First,OFC is ranked four levels:Handling quality,static load,global structure fatigue and local fatigue,according to their respect impact on aircraft. Second,we present voting and comparing monitors based on un-similarity redundancy commands to detect OFC. Third,the associated performances,the thresholds and the counters of the monitors are calculated by the high fidelity nonlinear aircraft models. Finally,the monitors of OFC are verified by the Iron Bird Platform with real parameters of the flight control system. The results show that our approach can detect OFC rapidly.     

飞机结构局部腐蚀容限研究

提出了腐蚀容限的概念。计算了任意腐蚀坑半径下的疲劳缺口系数Kf及腐蚀疲劳寿命,综合分析某飞机前梁腹板的疲劳强度、静强度、结构稳定性后,确定了该部位的腐蚀容限。     

飞机连接耳片故障诊断疲劳损伤评估专家系统

连续耳片是飞机上的重要部件，其使用环境恶劣，极易出现故障引起失效。本文根据大量的数据、表格和曲线，用Delphi程序设计构造了专家系统的知识库及推理机，从静强度、疲劳强度、疲劳寿命、断裂损伤、临界裂纹及裂纹扩展寿命等方面，结合材料性能、表面加工、干涉配合、大气环境及表面强化等因素，对飞机连接耳片进行疲劳损伤容限的评估。提出了用剩余强度裕度、疲劳裕度、断裂判据、临界裂纹长度、挤压系数、耳片疲劳额定许用基准值、耳片孔边单裂纹综合构形因子、耳片几何因子、耳片试验试件系数、试验可靠性系数、置信系数和特征寿命等参数进行评估的方法。     

飞行器动态疲劳试验加载方法的研究

飞行器动态疲劳试验是在全尺寸后机身状态下进行的多点激振与多点静载联合加载的力学环境模拟试验,属于多种环境联合加载试验技术,其中静载为空气弹簧加载形式,振动载荷为电磁激振模式,针对飞行器动态疲劳试验静载加载过程的特点,介绍了一种采用空气弹簧来实现静载加载的系统设计方法,为飞行器可靠性考核提供手段。     

导弹吊挂寿命可靠性分析的自动化实现

导弹吊挂结构的尺寸参数繁多,而结构形式基本固定。为了提高导弹吊挂有限元分析效率并便于对结构进行寿命可靠性分析,开发了导弹吊挂结构疲劳寿命可靠性分析平台。平台采用Visual Basic语言编写,借助PCL(Patran Command Language)对有限元软件进行二次开发,实现了吊挂结构静强度及疲劳寿命分析的参数化;将六种可靠性分析方法进行计算机编程,实现了吊挂结构可靠性及灵敏度分析的自动化。分析结果表明,仿真分析结果真实有效,可为导弹吊挂的结构优化设计提供技术支持。     

飞机座舱有机玻璃结构疲劳寿命估算的局部应力法

基于飞机座舱有机玻璃为脆性材料的特性，提出估算飞机座舱有机玻璃结构件疲劳寿命的局部应力法。它以缺口件韧带上距离缺口根部d处的局部应力为参数，对照光滑试验件的S-N曲线，利用线性累积损伤理论，可以较好地预测结构件的疲劳寿命。对飞机座舱有机玻璃YB3的三种结构件进行了疲劳试验和寿命分析，结果表明：寿命估算结果与试验结果吻合较好。     

基于响应面的结构抗疲劳优化设计方法

借助于试验设计和响应面近似模型技术,提出了一个结构细节抗疲劳优化设计的策略。其基本思想是在结构抗疲劳设计方法的指导下选取结构的设计变量,用试验设计方法在设计变量空间里选取样本点,对各样本点所对应的结构建立有限元模型并进行结构分析和疲劳寿命估算,得到各样本点的响应(结构质量和疲劳寿命),用这些样本点和响应建立疲劳寿命和质量的响应面近似模型,并对近似模型进行优化获得最优解。算例表明本文提出的结构抗疲劳优化的策略是十分有效的。     

基于寿命包线的飞机金属结构寿命预测方法

飞机结构寿命包线是飞机结构在安全使用条件下疲劳寿命与日历寿命的边界线;在其概念的基础上,考虑疲劳寿命与日历寿命的相互影响关系,提出了通过预腐蚀疲劳试验确定飞机结构寿命包线的腐蚀影响系数法,建立了典型服役环境下飞机金属结构腐蚀疲劳关键件的剩余寿命预测方法,并给出了在飞行强度变化条件下的剩余寿命预测实例。飞机结构寿命包线确定方法与剩余寿命预测方法的建立,为飞机结构单机寿命(疲劳寿命与日历寿命)监控奠定了基础。     

应变测量数据在全尺寸飞机结构疲劳试验裂纹检测中的应用

通过对全尺寸飞机疲劳试验中同一载荷状态下多次重复测量应变数据的统计分析,根据其变化规律和贴片位置,预估飞机结构可能产生裂纹的区域,并利用无损检测确定裂纹的具体位置和长度,为全尺寸飞机疲劳试验探索一种新的裂纹检测方法。